隨著電力電子變流技術的不斷發展，各種先進的控制技術層出不窮。控制器也從過去的模擬電路時代逐漸進入到全數字控制時代。但是MCU/DSP等通用控制器本身串行程序流工作模式的限制，在實現復雜算法時往往難以滿足系統要求的快速性與實時性的要求，FPGA的出現為解決這個問題提供了一個新的方向。 本文首先對三相PWM整流器系統進行了研究。在查閱大量國內外文獻資料的基礎上，對整流器及其控制器的國內外發展現狀及研究趨勢做了詳細的研究，并對課題研究的意義有了更深入的認識。接下來對三相電壓型整流器的拓撲結構、數學模型、整流器的控制技術進行了分析。文中所采用的滯環電流控制算法具有結構簡單，電流響應速度快，不依賴系統參數，系統魯棒性好的特點。運用matlab仿真軟件，對該控制方法進行了仿真。然后對FPGA的發展歷程、應用、分類、開發工具、語言等內容進行了介紹。最后對滯環控制算法進行了模塊劃分，將其劃分為PI算法模塊，限幅與指令電流生成模塊，滯環比較模塊，PWM脈沖生成及死區保護模塊，AD控制及數據儲存模塊，并在Quartus II軟件環境下，使用VHDL語言通過編程實現模塊化設計。實踐證明，采用FPGA來實現PWM整流器控制算法是可行的。
上傳時間： 2013-04-24
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數字語音通信是當前信息產業中發展最快、普及面最廣的業務。語音信號壓縮編碼是數字語音信號處理的一個方面，它和通信領域聯系最為密切。在現有的語音編碼中，美國聯邦標準混合激勵線性預測（MELP—Mixed Excited Linear Prediction）算法在2．4kb/s的碼率下取得了較好的語音質量，具有廣闊的應用前景。 FPGA作為一種快速、高效的硬件平臺在數字信號處理和通信領域具有著獨特的優勢。現代大容量、高速度的FPGA一般都內嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模塊。用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。 本論文闡述了一種基于FPGA的混合激勵線性預測聲碼器的研究與設計。首先介紹了語音編碼研究的發展狀況以及低速率語音編碼研究的意義，接著在對MELP算法進行深入分析的基礎上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及實現過程，最后本文把重點放在MELP聲碼器的編解碼器設計上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分別設計了其中的濾波器、分幀加窗處理、線性預測分析等關鍵模塊。 在Simulink環境下運用SignalCompiler對編解碼系統進行功能仿真，為了便于仿真，系統中沒有設計的模塊在Simulink中用數學模型代替，仿真結果表明，合成語音信號與原始信號很好的擬合，系統編解碼后語音質量基本良好。
上傳時間： 2013-06-02
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差分跳頻(DFH)是集跳頻圖案、信息調制與解調于一體，是一個全面基于數字信號處理的全新概念的通信系統，其技術體制和原理與常規跳頻完全不同，較好地解決了數據速率和跟蹤干擾等問題，代表了當前短波通信的一個重要發展方向。美國Sanders公司推出了名為CHESS的新型短波跳頻通信系統，并獲得了成功，但我國對該體制和技術的研究還處于初始階段，目前還不太成熟，離實際應用還有一段距離。 本文主要基于FPGA芯片的基礎上對差分跳頻進行了研究，用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。而且設計中盡量采用軟件無線電體系結構，減少模擬環節，把數字化處理盡量靠近天線，從而建立一個通用、標準、模塊化的硬件平臺，用軟件編程來實現差分跳頻的各種功能，從基于硬件的設計方法中解放出來。 本文首先介紹了課題背景及研究的意義，闡述了目前差分跳頻中頻率合成跟頻率識別的實現方案。在頻率合成中，著重對DDS的相位截斷誤差及幅度量化誤差進行仿真，找出基于FPGA實現的最佳參數及改善方法。在頻率識別中，基于Xilinx公司提供FFT IP核，接收端中的位同步，頻率識別均在FFT的理論上進行設計。最后根據設計方案制作基于FPGA的電路板。 設計中跳頻圖案、直接數字頻率合成器、頻率識別、位同步、跳頻圖案恢復、線性調頻z變換等模塊均采用Verilog和VHDL兩種通用硬件描述語言進行設計，以便能夠在所有廠家的FPGA芯片中移植。
上傳時間： 2013-07-22
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在傳統的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現電壓或電流的控制。數字控制與模擬控制相比，有著顯著的優點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統的可靠性和靈活性，并易于實現系統的智能化。但目前數字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發生等大多采用專用控制芯片實現。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注?；贔PGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發板實現了Buck變換器的全數字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據它的物理特性，研究了該變換器的狀態空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數字控制器部分，數字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數轉換器、數字脈寬調制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數字補償器。文中重點研究了DPWM和數字補償器，闡述了目前高頻數字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設計了兩種數字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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本論文設計了一種基于FPGA的高速FIR數字濾波器,濾波器實現低通濾波,截止頻率為1MHz,通帶波紋小于1 dB,阻帶最大衰減為-40 dB,輸入輸出數據為8位二進制,采樣頻率為10MHz。 論文首先簡要介紹了數字濾波器的基本原理和線性FIR數字濾波器的性質、結構,根據濾波器的性能要求選擇窗函數、確定系數,在算法上為了滿足數字濾波器的要求,對系數放大512倍并取整,并用Matlab對數字濾波器原理進行了證明。同時簡述了EDA技術和FPGA設計流程。 其次,論文說明了FIR數字濾波器模塊的劃分,并用Verilog語言在Modelsim環境下進行了功能測試。對于數字濾波器系數中的-1,-2,4這些簡單的系數乘法直接進行移位和取反,可以極大的節省資源和優化設計。而對普通系數乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速實現了乘積的運算；另外,在本設計進行部分積累加時,采用舍取冗余位,主要是根據設計時已對系數進行了放大,而輸出時又要將結果相應的縮小,所以在累加時,提前對部分積縮小,從而減少了運算量,從時間和資源上都得到了優化。 論文的最后分別用Modelsim和Quartus II進行了FIR數字濾波器的前仿真和后仿真,將仿真的結果和Matlab中原理驗證時得到的理想值進行了比較,并對所產生的誤差進行了分析。仿真結果表明：本16階FIR數字濾波器設計能夠實現截止頻率為1MHz的低通濾波,并且工作頻率可達150MHz以上。
上傳時間： 2013-07-15
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隨著信息產業的不斷發展,人們對數據傳輸速率要求越來越高,從而對數據發送端和接收端的性能都提出了更高的要求。接收機的一個重要任務就是在于克服各種非理想因素的干擾下,從接收到的被噪聲污染的數據信號中提取同步信息,并進而將數據正確的恢復出來。而數據恢復電路是光纖通信和其他許多類似數字通信領域中不可或缺的關鍵電路,其性能決定了接收端的總體性能。 目前,數據恢復電路的結構主要有“時鐘提取”和“過采樣”兩種結構?；凇斑^采樣”的數據恢復方法的關鍵是過采樣,即通過引入參考時鐘,并增加時鐘源個數的方式來代替第一種方法中的“時鐘提取”。與“時鐘提取”的數據恢復方法相比,基于“過采樣”的數據恢復方法在性能上還有較大的差距,但是后者擁有高帶寬、立即鎖存能力、較低的等待時間和更高的抖動容限,更易于通過數字的方法實現,實現更簡單,成本更低,并且這是一種數字化的模擬技術。如果能通過“過采樣”方法在普通的邏輯電路上實現622.08Mb/s甚至更高速率的數據恢復,并將它作為一個IP模塊來代替專用的時鐘恢復芯片,這無疑將是性能和成本的較好結合。 本文主要研究“過采樣”數據恢復電路的基本原理,通過全數字的設計方法,給出了在低成本可編程器件FPGA上實現數據恢復電路兩種不同的過采樣的實現方案,即基于時鐘延遲的過采樣和基于數據延遲的過采樣。基于時鐘延遲的過采樣數據恢復電路方案,通過測試驗證,其最高恢復的數據傳輸率可達到640Mb/s。測試結果表明,采用該方案實現的時鐘恢復電路可工作在光纖通信系統STM-4速率級,即622.08MHz頻率上,各方面指標基本符合要求。
上傳時間： 2013-04-24
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信號發生器是控制系統的重要組成部分。研制出較高精度、可靠性、可調參數的數字量信號發生器，對于促進我國航空、航天、國防以及工業自動化等領域的發展均有重要意義。本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設計與實現為中心，對擴頻通信的基本理論、信號源的結構、載波調制等問題進行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實現方案。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。論文介紹了FPGA技術的發展和應用，包括VHDL語言的基本語法結構和FPGA器件的開發設計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎上提出采用直接數字式頻率合成原理(DDS)實現低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理，確定選用移位序列作為系統的擴頻碼序列，并選取了符合本系統使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應的FPGA硬件實現電路。 對于載波調制這一關鍵技術，提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應作了硬件實現。最后給出具體設計實現了的信號發生器的輸出波形。經實驗室測試，設計的信號發生器滿足要求，且結構簡單、工作可靠、重量輕、體積小，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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在雷達信號偵察中運用寬帶數字接收技術是電子偵察的一個重要發展方向。數字信號處理由于其精度高、靈活性強、以及易于集成等特點而應用廣泛。電子系統數字化的最大障礙是寬帶高速A/D變換器的高速數據流與通用DSP處理能力的不匹配。而FPGA的廣泛應用，為解決上述矛盾提供了一種有效的方法。 本文利用FPGA技術，設計了具備高速信號處理能力的寬帶數字接收機平臺，并提出了數字接收機實現的可行性方法，以及對這些方法的驗證。具體來說就是如何利用單片的FPGA實現對雷達信號并行地實時檢測和參數估計。所做工作主要分為兩大部分： 1、適合于FPGA硬件實現的算法的確定及仿真：對A/D采樣信號采用自相關累加算法進行信號檢測，利用信號的相關性和噪聲的獨立性提高信噪比，通過給出檢測門限來估計信號的起止點。對于常規信號的頻率估計，采用Rife算法。通過Matlab仿真，表明上述算法在運算量和精度方面均有良好性能，適合用作FPGA硬件實現。 2、算法的FPGA硬件實現：針對原算法中極大消耗運算量的相關運算，考慮到FPGA并行處理的特點，將原算法修改為并行相關算法，并加入流水線，這樣處理極大地提高了系統的數據吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作為開發平臺完成設計，系統測試結果表明，本設計能正常工作，滿足系統設計要求。 文章的最后，結合系統設計給出幾種VHDL優化方法，主要圍繞系統的速度、結構和面積等問題展開討論。
上傳時間： 2013-06-25
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基于彩色路徑識別的視覺導航方法是當前自動導航小車領域的研究熱點和方向。視覺導航是指根據地面路徑和被控對象之間的位置偏差控制其運行的方向，因此，地面彩色路徑圖像的攝取及其識別處理就成為視覺導航系統中的基礎和關鍵。在當前的視覺導航系統設計中，圖像處理的硬件平臺都是基于通用微處理器，嵌入式微處理器或者DSP進行設計的。這些處理器一個共同的特點就是數據串行處理，而圖像處理過程涉及大量的并行處理操作，因此傳統的串行處理方式滿足不了圖像處理的實時性要求。 鑒于微處理器這方面的不足，作者提出一種使用FPGA實現圖像識別的并行處理方案，并據此設計一個智能圖像傳感器。該傳感器采用先進的FPGA技術，將圖像采集及其顯示，路徑的識別處理以及通信控制等模塊集成在一個芯片上，形成一個片上系統(SOC)。其主要功能是對所采集的彩色路徑圖像進行識別處理，獲得彩色路徑的坐標及其方向角，并將處理結果發送給上位機，為自動導航提供控制依據。 本文將彩色路徑的識別處理過程劃分為三個階段，第一階段為顏色聚類識別，以獲得二值路徑圖像，第二階段為數學形態學運算，用于對第一階段中獲得的二值圖像進行去斑處理，第三階段為路徑中心線的定位及其方向角的測量。圖像傳感器與上位機的通信采用異步串行方式，由于上位機需要控制該傳感器執行多種任務，作者定義一種基于異步串行通信的應用層協議，用于上位機對傳感器的控制。在圖像的顯示中，為了彌補圖像采集的速率和VGA顯示速率的不匹配，作者提出一種基于單端口存儲器的圖像幀緩沖機制，通過VGA接口將采集的圖像實時地顯示出來。 根據上述思想，作者完成了系統的硬件電路設計，并對整個系統進行了現場調試。調試結果表明，傳感器系統的各個模塊都能正常工作，FPGA中的數字邏輯電路能夠實時地將路徑從圖像中準確地識別出來，.充分體現了FPGA對路徑圖像的高速處理優勢，達到了設計預期目標，在一定程度上豐富了路徑圖像識別處理的技術和方法。
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電DDC(數字下變頻)系統作為前端ADC與后端通用DSP器件之間的橋梁，通過降低數據流的速率，把低速數據送給后端通用DSP器件進行處理，其性能的優劣將對整個軟件無線電系統的穩定性產生直接影響。采用專用DDC芯片完成數字下變頻，雖然具有抽取比大、性能穩定等優點，但價格昂貴，靈活性不強，不能充分體現軟件無線電的優勢。FPGA工藝發展迅速，處理能力大大增強，相對于ASIC、DSP來說具有吞吐量高、開發周期短、可實現在線重構等諸多優勢。正因為這些優點，使得FPGA在軟件無線電的研究和開發中起著越來越重要的作用。 本次設計的目標是在一塊FPGA芯片上實現單通道數字下變頻系統。現階段主要對軟件無線電數字下變頻器的FPGA實現方法進行了研究分析，重點完成了其主要模塊的設計和仿真以及初步的系統級驗證。 論文首先對軟件無線電數字下變頻的國內外現狀進行了分析，然后對FPGA實現數字下變頻設計的優勢作了闡述。在對軟件無線電理論基礎、數字信號處理的相關知識深入研究的基礎上重點研究軟件無線電數字下變頻技術。對數字下變頻的NCO、混頻、CIC、HB、FIR模塊的實現方法進行深入研究，在：MATLAB中設定整體系統方案、完成模塊劃分和接口定義，并對部分模塊建立數學模型并仿真、對模塊的性能進行優化。從數字下變頻的系統層次上考慮了各模塊彼此問的性能制約，從而選擇合理配置、優化系統結構以獲得模塊間的性能均衡和系統性能的最優化。最后通過使用編寫'Verilog程序和調用部分lP Core相結合的方法完成數字下變頻各個模塊的設計并完成仿真和調試。結果表明設計的思想和結構是正確的，在下一步工作中主要完成系統的板級調試。
上傳時間： 2013-04-24
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